平衡并列運行變壓器負荷的節能效果的探討

李玉鎮 薄利為

摘 要：該文通過具體計算探討兩臺并列變壓器所帶負荷大小對總功率損耗的影響，指出通過電氣運行人員的運行調整，使兩臺并列變壓器的負荷率盡量相近，以達到兩臺變壓器的總功率損耗最少的目的，更深入地挖掘變壓器的節能潛力。

關鍵詞：變壓器 并列運行 平衡 節能

中圖分類號：TM41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（c）-0092-02

變壓器有功電量損耗分為不變部分損耗和可變部分損耗，而可變損耗與負荷的大小成正比，所供負荷越大，損耗也越大，但兩臺并列變壓器的最佳電能損耗并不能通過以下方式實現：其中一臺變壓器盡量多帶負載，提高其負荷率和效率，而另一臺變壓器少帶負載，甚至空載。因而變壓器的最佳功率損耗通過減少變壓器運行臺數來達到并不現實，而是要充分考慮變壓器參數及其所供負荷的大小。對于兩臺額定參數相同的變壓器，通過平衡兩臺變壓器所帶負荷，使其負荷電流接近相同的情況下運行，能比一臺變壓器熱備用，一臺變壓器帶全部負荷或一臺變壓器負載大，一臺變壓器負載過輕的運行方式更能達到節電的效果。

我廠兩臺鍋爐工作變7A、7B在機組正常運行的情況下，低壓側負載多，不僅帶本段的各項負荷，也為鍋爐保安段和鍋爐各段MCC負荷提供電能，由于電廠大部分負荷都實行的雙重配置，比如風機、油泵等都是雙臺配置的，它們互為備用，在一臺發生故障時，另一臺能及時聯起保證機組正常運行，而為了保證安全，各雙重配置的負載都分別接到不同的母線上。因而機組正常運行下，每臺變壓器所帶負荷多少決定于運行人員對各需運行負荷的分配，運行人員在操作中對接于鍋爐工作變7A上的負載使用過多，而鍋爐工作變7B上的負載少運行，這就將使得鍋爐工作變7A的負載過重，負荷率高，鍋爐工作變7B上的負載過輕，負荷率低。這樣就使得兩臺變壓器平均效率不高，有功損耗大。下面將通過分析變壓器并列運行時的有功損耗大小來確定變壓器的最佳負荷率，從而達到最經濟的運行方式。

1 變壓器最佳負載系數

我廠#7機組7A、7B鍋爐工作變同屬明珠電氣有限公司生產的干式變壓器，其各項電氣參數一致，其額定參數如表1。

變壓器的二次側負載電流與二次側的額定電流的比值稱為變壓器的負載系數，用表示，由于廠用變壓器在不同的負荷下功率因素近似不變，變壓器運行的有功功率損耗為：

，無功功率損耗為，式中：是變壓器的空載損耗，是變壓器的短路損耗，為空載電流，阻抗電壓。則變壓器的功率損耗率：，式中：是變壓器的額定容量。由此可知變壓器的工作效率為：，顯然當變壓器工作效率最大時的負荷系數則為最佳負荷系數[1]，對變壓器工作效率公式進行微分并使之等于0，有：，求其極值條件有：

，即變壓器的最大效率發生在負載系數，故我廠兩臺鍋爐工作變7A、7B的最大工作效率均發生在最佳負載系數時，也即負載電流為764.9A時變壓器效率最大，此時變壓器損耗最小，節能效果最佳。

2 并列變壓器的損耗

變壓器的損耗的可變部分是隨著負載電流的增大而增大的，與變壓器的負載系數的二次方成正比，變壓器的損耗可表示為：；實際運行中，可認為在某一機組負荷條件下，我廠#7機組7A、7B鍋爐工作變所帶的總負載不變，負載系數為，

假設此時7A鍋爐工作變所帶的負載的負載系數為，則在總的負載不變的情況下，7B鍋爐工作變所帶的負載的負載系數為，此時并列的兩臺變壓器的總損耗可表示為：

本廠兩臺鍋爐工作變參數相等，空載損耗和短路損耗相同，故總的功率損耗也可表示為：

由數學的求極值公式可以得出，要使兩臺并列的變壓器總損耗最小，則使，

即；由此可知，在任意的機組負荷的條件下，要使并列運行的兩臺變壓器的總損耗最小，必須使得每臺變壓器的實際運行負荷相等。

3 平衡變壓器負荷的節能計算

我廠7A、7B鍋爐工作變分別帶7A、7B段母線運行，兩段母線間通過母線聯絡開關互為備用。由于機組啟動時未能充分估算鍋爐工作變所需啟動負荷的多少，使得7A、7B鍋爐工作變所帶負荷未能得到平衡，偏差較大，同時由于運行過程中也沒有充分貫徹變壓器節能意識，在平時的轉換負荷運行時，也未能糾正兩臺鍋爐工作變的負荷偏差，現階段在機組平均負荷為600MW時，我廠7A鍋爐工作變高壓側電流約為53A，根據變比換算到低壓側電流為835A，負載系數為0.463；7B鍋爐工作變高壓側電流約為20A，通過變比換算到低壓側電流為315A，負載系數為0.175.。可以看出7A鍋爐工作變的負載系數大于最佳負載系數，而7B鍋爐工作變的負載系數小于最佳負載系數，7B鍋爐工作變的負載系數距離最佳負載系數較多。

此時7A鍋爐工作變的有功功率損耗為：

7B鍋爐工作變的有功功率損耗為：

兩臺鍋爐工作變的總的有功損耗為：6.47kW。

此時可以通過運行調整使得變壓器達到節能的效果，可有兩種方式，一種是盡量平均分配兩臺變壓器的負荷，使負荷電流盡量相等；另外一種方式是滿足其中一臺變壓器在最佳負載系數下運行，另一臺變壓器帶剩余負荷。

第一種方式下平均兩臺變壓器負荷法，此時7A、7B鍋爐工作變低壓側電流都為575A，負載系數都為0.319.。在這種運行方式下，7A鍋爐工作變的有功損耗為：

7B鍋爐工作變的有功功率損耗為：

兩臺鍋爐工作變的總損耗有功功率為：6.03kW。

第二種方式下滿足一臺變壓器達到最佳負荷系數，另一臺帶剩余負荷，此時7A鍋爐工作變低壓側電流為765A，負載系數為0.424；7B鍋爐工作變低壓側電流為385A，負載系數為0.213。在這種運行方式下，7A鍋爐工作變的功率損耗為：

7B鍋爐工作變的功率損耗為：

兩臺鍋爐工作變的總損耗功率為：6.26kW

對比三種不同方式下兩臺鍋爐工作變的總損耗可以看出在平均兩臺變壓器負荷法下，總功率損耗最少為6.03kW，同時可以看出，并列變壓器所帶負荷偏差越大，所產生的有功功率損耗也越大。所以可以通過調整7A、7B段母線上負荷的運行情況，調整到7A、7B鍋爐工作變低壓側電流基本平衡，達到功率損耗的最小化，可以比現階段7A、7B鍋爐工作變運行方式下功率損耗降低0.44kW，僅此一項運行操作調整，每年能減少7A、7B鍋爐工作變的電能損耗為3854.4kW，由于本廠還有其他雙重配置的變壓器，如7A7B汽機工作變、7A7B電除塵工作變、7A7B煤場工作變、7A7B脫硫工作變等，如果都能在運行操作中合理安排每段母線上的啟動運行的負載，使得變壓器負載接近于平衡，每年將能節省大量的電能，達成節能減排的目的。

4 結語

由上分析可以看出只通過調整變壓器所帶負荷以達到負荷的平衡，從而使得兩臺并列變壓器運行的功率損耗降至最低。雖然通過此種方法所達到的降低損耗的數值不是很大，但此種調整方法勝在不需額外投資，不影響安全運行，也不需要進行任何邏輯的修改等，容易實施，只需要運行人員在調整操作中對啟動運行負荷的合理安排即可實現，可以在需要啟動的兩臺功率相差不大的電機時，一臺電機接7A鍋爐工作變運行，另一臺接7B鍋爐工作變；對于其他所需啟動的負荷也按照同樣的策略安排接于兩臺變壓器母線上，即可使得兩臺變壓器的負荷基本相等，負荷率平衡，使得變壓器的損耗大大減少。并且從大的范圍看，全國所有的電廠和電網擁有非常多的兩臺甚至三臺或更多變壓器并列運行的情況，如果在運行中調整負荷的運行情況，使所帶的負荷均衡，將產生巨大的節能效應，能有效的促進節能減排，節約大量能源，產生可觀的經濟效益。

參考文獻

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